JP2014077991A - 画像表示装置および光学部品 - Google Patents

Abstract

【課題】画像表示装置１において、レーザ光の波長変化が生じてもホワイトバランスなどの所定の色状態を維持することを可能にする。
【解決手段】異なる色成分Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光を出力する複数のレーザ光源２ａ〜２ｃと、これら色成分のレーザ光を合成する光学部３、４と、レーザ光源の出力を制御するレーザ制御部１０と、合成光の所定の色状態を維持するために各色成分レーザ光の波長変化に対して各色成分レーザ光の出力を増減させる際のレーザ光の出力の増減特性とは逆の増減特性をもった反射率で各色成分レーザ光を分岐する分岐器１３と、分岐された各色成分レーザ光の光量を検出する検出器１２とを備える。そして、レーザ制御部１０は、検出器１２により検出された分岐された各色成分レーザ光の光量に応じてレーザ光源２ａ〜２ｃの出力を制御するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、色成分の異なる複数のレーザ光を合成してカラー画像を投影する画像表示装置、および、このような画像表示装置に利用され、所定波長のレーザ光に対して所定の反射率または透過率を呈する光学部品に関する。

例えばレーザプロジェクタに代表されるように、赤色成分（Ｒ）、緑色成分（Ｇ）、青色成分（Ｂ）のレーザ光を合成して投射面に投影することにより、投射面上にカラー画像を表示する各種の画像表示装置が実用化されている。このような画像表示装置では、高い色再現性をもってカラー画像を投影表示するために、Ｒ、Ｇ、Ｂの各レーザ光を合成した光線の色状態を所定の状態に保つ必要がある。典型的には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各レーザ光を合成した光線のホワイトバランスがとれる必要がある。

特許文献１には、光源部の温度変化に伴う色むら分布の変化に対応して色むらを低減するために、第１光源部と、第２光源部と、第３光源部と、各光源部の温度を検出する温度検出部と、各光源部からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、空間光変調装置で変調された光をスクリーンに投写する投写レンズと、各光源部の温度と各光源部からの各色光の輝度分布との関係とを記憶する記憶部と、各温度検出部によりそれぞれ検出された各光源部の温度と記憶部に記憶されている各色光の輝度分布との関係に基づいて、スクリーンにおいて各色光のそれぞれの輝度分布が略均一となるように空間光変調装置を制御する制御部とを有するプロジェクタが記載されている。

特許文献２には、投写型画像表示装置において、白色合成された光束の一部を光検出部に向けて射出して、フォトダイオードにカラーフィルタを取り付けたフォトセンサーに入射させ、制御部において、フォトセンサーから出力される光量を示す信号と、あらかじめＲ、Ｇ 、Ｂ の光量を変化させ、白色バランスを調整したときの信号値を比較して、光量の差が小さくなるように各光源の駆動ゲインを変化させることで、白色の色度の調整を行う構成が開示されている。

特許文献３には、半導体レーザ素子から放射されるモニタ光の強度の温度依存特性と受光素子の検知出力の温度依存特性とを互いに逆特性とすることによって、温度変化による出力光の強度の変動を小さくするように構成された半導体レーザ装置が記載されている。この半導体レーザ装置では、波長の変化に対応してホワイトバランスなどの所定の色状態とするための制御を行なっていない。

特開２００４−２２６６３１号公報 特開２００８−３２７０号公報 特許第２６６３４３７号公報

上記のようにカラー画像を投影する画像表示装置ではホワイトバランスをとる必要があるが、このホワイトバランスを崩す原因は、光源の出力光量の変化や、光源の出力波長の変化がある。すなわち、ホワイトバランスがとれる状態は、合成光を成す各色成分の光の波長に対して、それらの光量（すなわち、各光源の出力）が所定となる状態であり、光源の出力波長が変動した場合には、変動した波長で所定の出力でなければホワイトバランスが崩れてしまう。

ここで、画像表示装置では、各色成分のレーザ光源としてＬＤ（レーザダイオード）等といった素子が用いられるが、このようなレーザ光源素子は温度の変化によって出力するレーザ光の波長が変動する。その一方で、画像表示装置は様々な環境で使用され、画像表示装置にはレーザ光源の他に稼働によって発熱する部品も設けられる等の事情があることから、レーザ光源は温度変化にさらされてその出力レーザ光の波長が変化する。そして、レーザ光の光量（輝度）に基づいてホワイトバランスを調整した場合、レーザ光の波長が変化した場合に、合成レーザ光のホワイトバランスが崩れるという問題点がある。

本発明は、上記従来の事情に鑑みなされたものであり、レーザ光の波長変化が生じても、ホワイトバランスなどの所定の色状態を維持することを目的としている。

この発明の第１の局面による画像表示装置は、異なる複数の色成分のレーザ光をそれぞれ出力する複数のレーザ光源部と、複数の色成分のレーザ光を合成して合成光とする合成光生成部と、レーザ光源部の出力を制御する制御部と、各色成分レーザ光を分岐する分岐器と、分岐器により分岐された各色成分レーザ光の光量を検出する検出部とを備え、分岐器は、合成光の所定の色状態を維持するために各色成分レーザ光の波長変化に対して各色成分レーザ光の出力を増減させる際のレーザ光の出力の増減特性とは逆の増減特性をもった反射率または透過率を有しており、制御部は、検出部により検出された分岐された各色成分レーザ光の光量に応じてレーザ光源部の出力を制御するように構成されている。

この第１の局面による画像表示装置では、上記のように、合成光の所定の色状態を維持するために各色成分レーザ光の波長変化に対して各色成分レーザ光の出力を増減させる際のレーザ光の出力の増減特性とは逆の増減特性をもった反射率または透過率を有する分岐器を設けることによって、レーザ光の波長変化が生じた場合でも、分岐器により分岐され検出部により検出された各色成分レーザ光の光量に応じてレーザ光源部の出力を制御して、ホワイトバランスなどの所定の色状態を維持することができる。

上記第１の局面による画像表示装置において、好ましくは、制御部は、検出部により検出された分岐された各色成分レーザ光の光量に応じて、検出光量が増加した色成分のレーザ光源部の出力を減少させて、検出光量が減少した色成分のレーザ光源部の出力を増加させるように構成されている。このように構成すれば、検出光量の変化を打ち消す方向にレーザ光源部の出力を調整することによって、所定の色状態を容易に維持することができる。

上記第１の局面による画像表示装置において、好ましくは、制御部は、温度上昇に起因してレーザ光源部から出力される各色成分レーザ光の波長が大きくなった場合に、青色成分レーザ光を出力する青色レーザ光源と、赤色成分レーザ光を出力する赤色レーザ光源との出力を増加させるととともに、緑色成分レーザ光を出力する緑色レーザ光源の出力を減少させるように構成されている。このように構成すれば、温度上昇に起因してレーザ光源部から出力される各色成分レーザ光の波長が大きくなった場合でも、青色レーザ光源および赤色レーザ光源の出力を増加させ、緑色レーザ光源の出力を減少させることにより、所定の色状態を容易に維持することができる。

上記第１の局面による画像表示装置において、好ましくは、分岐器は、レーザ光の波長の変化に応じて、反射率または透過率が変化するように構成されている。このように構成すれば、レーザ光の波長の変化を、分岐器により分岐された各色成分レーザ光の光量の変化により容易に検出することができる。

この場合、好ましくは、分岐器は、青色成分レーザ光および赤色成分レーザ光の波長が大きくなった場合に反射率または透過率が減少し、緑色成分レーザ光の波長が大きくなった場合に反射率または透過率が増加するように構成されている。このように構成すれば、青色成分、赤色成分および緑色成分のレーザ光の波長の変化を容易に検出して、制御部により青色成分、赤色成分および緑色成分のレーザ光源部の出力を調整することによって、所定の色状態を容易に維持することができる。

上記第１の局面による画像表示装置において、好ましくは、分岐器は、青色成分レーザ光の反射率または透過率が最も高く、赤色成分レーザ光の反射率または透過率が最も低く、緑色成分レーザ光の反射率または透過率が青色成分および赤色成分の間の反射率または透過率になるように構成されている。このように構成すれば、波長が短く検出感度が低い青色成分レーザ光の検出部に入る光量が大きくなり、波長が長く検出感度が高い赤色成分レーザ光の検出部に入る光量が小さくなるので、検出部のレーザ光の検出感度の範囲を大きくすることなく、赤色成分、緑色成分および青色成分のレーザ光を確実に検出することができる。

上記第１の局面による画像表示装置において、好ましくは、所定の色状態は、合成光のホワイトバランスがとれる状態である。このように構成すれば、レーザ光の波長変化が生じた場合でも、ホワイトバランスがとれる状態を維持することができる。

上記第１の局面による画像表示装置において、好ましくは、分岐器は、レーザ光の出力の増減特性とは逆の増減特性をもった反射率または透過率を有する誘電多層膜を形成したプリズムを含む。このように構成すれば、誘電多層膜により、合成光の所定の色状態を維持するために各色成分レーザ光の波長変化に対して各色成分レーザ光の出力を増減させる際のレーザ光の出力の増減特性とは逆の増減特性をもった反射率または透過率を有する分岐器を容易に提供することができる。また、誘電多層膜を形成したプリズムを含むことにより、分岐器を光の分岐などの機能と兼用することもできる。

上記第１の局面による画像表示装置において、好ましくは、分岐器は、合成光の光路に設けられ、制御部は、合成光による画像表示中にいずれか１つの色成分のレーザ光源部からレーザ光を出力させるとともに、検出部により検出された分岐された１つの色成分のレーザ光の光量に応じてレーザ光源部の出力を制御するように構成されている。このように構成すれば、分岐器や検出部を各色成分について共用することができるので、部品点数を減少させることができる。

この発明の第２の局面による光学部品は、複数の色成分のレーザ光を合成した合成光を所定の色状態に維持するために各色成分レーザ光の波長変化に対して各色成分レーザ光の出力を増減させる際のレーザ光の出力の増減特性とは逆の増減特性をもった反射率または透過率を有し、レーザ光の光量を検出する検出部と、異なる複数の色成分のレーザ光をそれぞれ出力する複数のレーザ光源部の出力を検出部の検出結果に応じて制御する制御部とを備える画像表示装置に設けられ、各色成分レーザ光を分岐して検出部に導く分岐器を含む。

この第２の局面による光学部品では、上記のように、分岐器を、合成光の所定の色状態を維持するために各色成分レーザ光の波長変化に対して各色成分レーザ光の出力を増減させる際のレーザ光の出力の増減特性とは逆の増減特性をもった反射率または透過率を有するように構成することによって、レーザ光の波長変化が生じた場合でも、分岐器により分岐され検出部により検出された各色成分レーザ光の光量に応じてレーザ光源部の出力を制御して、ホワイトバランスなどの所定の色状態を維持することができる。

なお、本発明を構成する制御部の機能は、電子部品を用いた回路構成とすることができる他、コンピュータハードウエアとソフトウエアを用いて、ソフトウエアをコンピュータハードウエアが実行することで構成される機能モジュールとして構成することができる。

また、本出願では、上記第１の局面による画像表示装置とは別に、以下のような他の構成も考えられる。

すなわち、本出願の他の構成による画像表示装置では、制御部は、合成光による画像表示中に、複数のレーザ光源部から１つずつ順にレーザ光を出力させるとともに、検出部により検出された分岐された各色成分レーザ光の光量に応じてレーザ光源部の出力を制御するように構成されている。このように構成すれば、各色成分のレーザ光を１つずつ別個に検出することができるので、各色成分のレーザ光の光量の変化をより精度よく検出することができる。

また、本出願の他の構成による画像表示装置では、制御部は、合成光による画像表示中にいずれか１つの色成分のレーザ光源部から所定数のフレーム間隔で光量を検出するためのレーザ光を出力させるとともに、検出部により検出された分岐された１つの色成分のレーザ光の光量に応じてレーザ光源部の出力を制御するように構成されている。このように構成すれば、画像表示中にレーザ光の波長が変化した場合でも、検出部により検出する光量の変化に応じてレーザ光源部の出力を調整することができるので、画像表示中のホワイトバランスなどの所定の色状態を容易に維持することができる。

また、本出願の他の構成による画像表示装置では、制御部は、光量の検出を行わずに画像を連続的に表示させる第１モードと、合成光による画像表示中にいずれか１つの色成分のレーザ光源部からレーザ光を出力させてレーザ光の光量を検出する第２モードとに切り替えるように構成されている。このように構成すれば、第１モードにより光量の検出を行わずに画像を連続的に滑らかに表示させつつ、第２モードにより画像表示中のホワイトバランスなどの所定の色状態を容易に維持することができる。

また、本出願の他の構成による画像表示装置では、合成光を走査する走査部をさらに備え、分岐器は、合成光の光路中において合成光生成部と走査部との間に配置されている。このように構成すれば、各色成分レーザ光が集まる位置に分岐器を配置することができるので、分岐器が大型化するのを抑制することができる。

また、本出願の他の構成による画像表示装置では、走査部は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）走査ミラーである。このように構成すれば、ＭＥＭＳ走査ミラーを用いて、走査部の小型化、低消費電力化、処理の高速化などを図ることができる。

また、本出願の他の構成による画像表示装置では、合成光生成部は、ダイクロイックミラーを含む。このように構成すれば、ダイクロイックミラーを用いて、色合成の精度を高くするとともに、合成光生成部の耐久性を高くすることができる。

本発明によると、画像表示装置において、レーザ光の波長変化が生じても、ホワイトバランスなどの所定の色状態を維持することができる。

本発明の一実施形態に係る画像表示装置の要部の構成図である。 本発明の一実施形態に係る分岐器を示す図である。 反射膜による波長と反射率との関係を説明する図である。 本発明の一実施形態に係るホワイトバランスを保つための波長と光源出力との関係を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る分岐器の反射率特性を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る演算処理を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る演算処理を説明する色度図である。

本発明は、複数のレーザ光源部から出力された異なる色成分のレーザ光を合成してカラー画像を表示する種々な画像表示装置に適用できるものであるが、本発明を適用した具体例として、赤色成分（Ｒ）、緑色成分（Ｇ）、青色成分（Ｂ）の３つの色成分のレーザ光を合成し、この合成光を走査ミラーにより走査することで投影面にカラー画像を投影表示するレーザプロジェクタの一構成例を説明する。なお、合成光のホワイトバランスがとれる状態を例にして説明するが、本発明は、他の所定の色状態とすることもできることは、以下の説明から明らかである。

図１には、レーザプロジェクタ１の一例を示してあり、このレーザプロジェクタ１は、レーザ光源２ａ〜２ｃと、各種の光学素子（ダイクロイックミラー３、４およびレンズ５）と、走査ミラー６と、各種の駆動・制御ユニット（走査ミラードライバ７、走査ミラー制御部８、映像処理部９、レーザ制御部１０およびレーザドライバ１１）とを主体に構成されている。レーザプロジェクタ１は、赤青緑の各色成分のレーザ光を合成した上で、スクリーンや壁などの投射面Ａに投影することによって、入力映像信号に応じたカラー画像を投射面Ａ上に表示する。なお、レーザプロジェクタ１は、本発明の「画像表示装置」の一例である。

それぞれのレーザ光源２ａ〜２ｃは、互いに色成分の異なるレーザ光を出力するレーザダイオード（ＬＤ）であり、レーザドライバ１１から個別に供給される駆動電流によって互いに独立して駆動されて単色成分のレーザ光を出力する。これによって、レーザ光源２ａからは青色成分（Ｂ）、レーザ光源２ｂからは緑色成分（Ｇ）、レーザ光源２ｃからは赤色成分（Ｒ）といったように、特定の波長の単色色成分レーザ光が出射される。なお、レーザ光源２ａは、本発明の「レーザ光源部」および「青色レーザ光源」の一例である。また、レーザ光源２ｂは、本発明の「レーザ光源部」および「緑色レーザ光源」の一例である。また、レーザ光源２ｃは、本発明の「レーザ光源部」および「赤色レーザ光源」の一例である。

ダイクロイックミラー３、４は、特定波長のレーザ光のみを透過し、それ以外を反射することによって、レーザ光源２ａ〜２ｃから出射された各色成分のレーザ光を合成する。具体的には、レーザ光源２ａ、２ｂから出射された青色成分および緑色成分のレーザ光は、光路上流側のダイクロイックミラー３において合成された上で、光路下流側のダイクロイックミラー４に出射される。この出射された合成光は、ダイクロイックミラー４においてレーザ光源２ｃから出射された赤色成分のレーザ光と更に合成され、目標となる最終的なカラー合成光として出射される。ダイクロイックミラー３、４はＲ、Ｇ、Ｂの各色成分のレーザ光を合成する光学部を成しており、この合成されたカラー合成光はレンズ５を介して走査ミラー６に入射される。なお、ダイクロイックミラー３および４は、本発明の「合成光生成部」の一例である。

本実施形態では、走査ミラー６として、小型化、低消費電力化、処理の高速化などで有利なＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）型の走査ミラーを用いている。走査ミラー６は、走査ミラー制御部８から駆動信号が入力される走査ミラードライバ７によって水平方向（Ｘ）及び垂直方向（Ｙ）で走査変位され、自己に入射したカラー光を、自己の振れ角に応じて反射して投射面Ａ上に投射する。なお、走査ミラー６は、本発明の「走査部」の一例である。

映像処理部９は、パーソナルコンピュータ等の外部から入力された映像信号に基づいて、所定の時間間隔で映像データをレーザ制御部１０に送信し、これにより、レーザ制御部１０は所定の走査位置における画素情報を得る。レーザ制御部１０は、画素情報に基づいて投影範囲に複数の画素からなる映像を投影するために、駆動電流波形信号によりレーザドライバ１１を制御する。また、レーザ制御部１０は、検出器１２により検出された分岐された各色成分レーザ光の光量に応じてレーザ光源２ａ〜２ｃの出力を制御するように構成されている。なお、レーザ制御部１０は、本発明の「制御部」の一例である。

本実施形態では、レーザ制御部１０は、後述するように、検出器１２による検出結果に基づいて、ホワイトバランスがとれるようにレーザドライバ１１を介して各レーザ光源２ａ〜２ｃの出力を制御する。また、本実施形態では、レーザ制御部１０は、後述するように、全てのレーザ光源２ａ〜２ｃを駆動して３つの色成分の合成光による画像表示中に、いずれか１つの色成分のレーザ光源からレーザ光を出力させ、他の色成分のレーザ光源からレーザ光出力を停止させるモードを、投影画像の１フレーム毎または数フレーム毎に実行する。すなわち、合成光による画像表示中に、Ｒ、Ｇ、Ｂの各単色成分のレーザ光が極く短時間出力され、この単色成分レーザ光の出力がＲ、Ｇ、Ｂについてそれぞれなされる。つまり、レーザ制御部１０は、光量の検出を行わずに画像を連続的に表示させる第１モードと、合成光による画像表示中にいずれか１つの色成分のレーザ光源２ａ〜２ｃからレーザ光を出力させてレーザ光の光量を検出する第２モードとに切り替えるように構成されている。なお、第２モードは、画像表示中に各レーザ光源部の出力を補正するなどのために採用されている既存のモードを利用してもよい。

レーザドライバ１１は、上記のレーザ制御部１０による制御に基づいて、各レーザ光源２ａ〜２ｃを駆動して発光させる。各レーザ光源２ａ〜２ｃは、レーザドライバ１１から発振しきい値電流以上の電流が供給された場合にレーザ光を発光出力し、供給される電流値が大きくなるに従って出力（光量）の大きいレーザ光を出力する。また、各レーザ光源２ａ〜２ｃは、発振しきい値電流未満の電流が供給された場合には、レーザ光の出力を停止する。本実施形態では、各レーザ光源２ａ〜２ｃにはレーザダイオード（ＬＤ）を用いている。

本実施形態では、ダイクロイックミラー４とレンズ５との間の合成カラー光の光路に分岐器１３が設けられている。つまり、分岐器１３は、合成光の光路中においてダイクロイックミラー４と走査ミラー６との間に配置されている。また、分岐器１３は、入射された光を所定の反射率特性を有する誘電多層膜１５で走査ミラー６に導かれる光と検出器１２に導かれる光に分岐する。そして、この分岐された光が検出器１２に照射され、検出器１２が検出した光量を示す信号がレーザ制御部１０に入力される。

本実施形態に係る分岐器１３は、図２に示すように一端面に所定の反射率特性を有する反射膜を形成したプリズム１４であり、この反射膜で、入射された光を所定の反射率で反射して検出器１２に入射させ、透過した光をレンズ５を介して走査ミラー６へ入射させる。本実施形態では、この反射膜として、誘電多層膜１５を用いている。なお、本実施形態では、分岐器１３が反射した光を検出器１２に入射させるが、分岐器１３に所定の透過率特性をもたせて、分岐器１３が透過した光を検出器１２に入射させ、反射した光を走査ミラー６へ入射させるようにしてもよい。

また、本実施形態では、分岐器１３は、合成光のホワイトバランスを維持するために各色成分レーザ光の波長変化に対して各色成分レーザ光の出力を増減させる際のレーザ光の出力の増減特性とは逆の増減特性をもった反射率を有するように構成されている。

具体的には、分岐器１３は、レーザ光の波長の変化に応じて、反射率が変化するように構成されている。また、図３に示すように、分岐器１３は、青色の範囲のレーザ光および赤色の範囲のレーザ光の波長が大きくなった場合に反射率が減少し、緑色の範囲のレーザ光の波長が大きくなった場合に反射率が増加するように構成されている。また、分岐器１３は、青色成分レーザ光の反射率（約１０％）が最も高く、赤色成分レーザ光の反射率（約２％）が最も低く、緑色成分レーザ光の反射率（約４％）が青色成分および赤色成分の間の反射率になるように構成されている。

本実施形態では、レーザ制御部１０が、Ｒ、Ｇ、Ｂを合成した合成光によるカラー画像の投影表示中の１または数フレームの間隔で、上記のように単色成分のレーザ光を出力させるモードを採用しており、合成光の光路に設けた分岐器１３は、当該単色成分のレーザ光が出力されるタイミングで、Ｒ、Ｇ、Ｂの単色成分レーザ光の光量を検出する。したがって、レーザ制御部１０は、上記タイミングに合わせて、検出器１２により検出されたＲ、Ｇ、Ｂ毎の光量に基づいて、ホワイトバランスがとれるように各レーザ光源２ａ〜２ｃの出力を増減制御する。

具体的には、レーザ制御部１０は、検出器１２により検出された分岐された各色成分レーザ光の光量に応じて、検出光量が増加した色成分のレーザ光源２ａ〜２ｃの出力を減少させて、検出光量が減少した色成分のレーザ光源２ａ〜２ｃの出力を増加させるように構成されている。

たとえば、レーザ制御部１０は、温度上昇に起因してレーザ光源部から出力される各色成分レーザ光の波長が大きくなった場合に、青色成分レーザ光を出力するレーザ光源２ａと、赤色成分レーザ光を出力するレーザ光源２ｃとの出力を増加させるととともに、緑色成分レーザ光を出力するレーザ光源２ｂの出力を減少させるように構成されている。

また、レーザ制御部１０は、合成光による画像表示中にいずれか１つの色成分のレーザ光源２ａ〜２ｃからレーザ光を出力させるように構成されている。具体的には、レーザ制御部１０は、合成光による画像表示中に、レーザ光源２ａ〜２ｃから所定数のフレーム間隔（たとえば、１または数フレーム間隔）で１つずつ順にレーザ光を出力させるとともに、検出器１２により検出された分岐された各色成分レーザ光の光量に応じてレーザ光源２ａ〜２ｃの出力を制御するように構成されている。

なお、本実施形態では、合成光の光路に設けることによって分岐器１３を各色成分に共用しているが、各色成分の単色レーザ光の光路に分岐器１３及び検出器１２を設けるようにしてもよく、この場合には上記モードを必要としない。

ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂの各単色成分レーザ光が所定の出力比となってホワイトバランスがとれている状態で、温度変化によりレーザ光源２ａ〜２ｃから出力される各単色成分のレーザ光の波長が変動した場合、これら変動した波長における所定の出力比としなければホワイトバランスが崩れてしまう。このようにホワイトバランスを維持するためにレーザ光源出力を制御するために、誘電多層膜１５の反射率特性を利用する。

例えば青色成分（Ｂ）のレーザ光は温度変化により波長が４５０ｎｍ近辺の範囲で変動するといったように、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分レーザ光は想定される温度変化に応じて或る範囲で波長が変動する。誘電多層膜１５の反射率は、図３に一例を示すように、温度変化によるＲ、Ｇ、Ｂの各色成分レーザ光の波長変動範囲で反射率が変動する特性を有しており、この反射率特性は、各色成分レーザ光の波長変化に対して上記のように各色成分レーザ光の出力を増減させる特性とは逆の特性を有している。

図３に示す例では、青色成分（Ｂ）のレーザ光は波長が４５０ｎｍ近辺を過ぎると反射率が低下し、緑色成分（Ｇ）のレーザ光は波長が５１０ｎｍ近辺を過ぎると反射率が増加し、赤色成分（Ｒ）のレーザ光は波長が長くなると反射率が減少するといった反射率特性を呈している。なお、本実施形態における詳細は、図５に示す。

このような誘電多層膜１５の反射率特性を利用した各レーザ光源２ａ〜２ｃの出力制御を説明する。図４には温度に応じたＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光の波長と出力の一例を示してあり、同図（ａ）は温度が２５℃でホワイトバランス（白色表示）がとれている特性、同図（ｂ）は温度が５０℃に変動してホワイトバランスが崩れた特性、同図（ｃ）は温度５０℃でホワイトバランスおよび明るさを保つための特性を示している。

図４（ａ）に示すように、温度２５℃では、レーザ光源２ｃから出力される赤色成分（Ｒ）レーザ光は波長が６３８ｎｍで光源レーザ出力がＰｍＷ、レーザ光源２ｂから出力される緑色成分（Ｇ）レーザ光は波長が５１５ｎｍで光源レーザ出力が０．７６ＰｍＷ、レーザ光源２ａから出力される青色成分（Ｂ）レーザ光は波長が４５０ｎｍで光源レーザ出力が０．５５ＰｍＷであり、この波長と出力との関係により１２．０ｌｍでホワイトバランスがとれている。なお、光源レーザ出力は、２５℃における赤色成分（Ｒ）の出力ＰｍＷを基準として表されている。

このような状態から、温度が５０℃へ変動すると、図４（ｂ）に示すように、レーザ光源２ｃから出力される赤色成分（Ｒ）レーザ光は波長が６４３ｎｍで光源レーザ出力がＰｍＷ、レーザ光源２ｂから出力される緑色成分（Ｇ）レーザ光は波長が５１７ｎｍで光源レーザ出力が０．７６ＰｍＷ、レーザ光源２ａから出力される青色成分（Ｂ）レーザ光は波長が４５２ｎｍで光源レーザ出力が０．５５ＰｍＷと、波長及び出力が変動して１１．９ｌｍでホワイトバランスが崩れる。

温度５０℃においてホワイトバランスおよび明るさを保つためには、図４（ｃ）に示すように、レーザ光源２ｃから出力される赤色成分（Ｒ）レーザ光の波長６４３ｎｍで光源レーザ出力が１．２１ＰｍＷ、レーザ光源２ｂから出力される緑色成分（Ｇ）レーザ光の波長５１７ｎｍで光源レーザ出力が０．７２ＰｍＷ、レーザ光源２ａから出力される青色成分（Ｂ）レーザ光の波長４５２ｎｍで光源レーザ出力が０．５６ＰｍＷでなければならない。すなわち、温度変動に応じてレーザ光源２ａ〜２ｃの出力を制御しなければ、波長変動に応じた適正な光源出力とならないので、図４（ｂ）のようにホワイトバランスを維持できない。

なお、このようなホワイトバランスがとれる各色成分レーザ光の波長とそれら色成分レーザ光の出力との関係は、実験により求めることができる。また、下記のような公知の演算から求めることもできる。

ここでは、ホワイトバランスがとれるＲＧＢ比率（出力比）を、ＲＧＢの波長を、Ｒ：６３７ｎｍ、Ｇ：５１０ｎｍ、Ｂ：４４５ｎｍとし、その比率をａ：ｂ：ｃとして演算する例を説明する。まず、図６に示すように、等色関数（本実施形態では、ＣＩＥ１９３１（１９３１年国際証明委員会））と光源の分光感度（ＲＧＢ比率）をから、３刺激値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を求める。本実施形態では、Ｘ＝０．３４２２５＊ａ＋０．００９３＊ｂ＋０．５０６１６０＊ｃ、Ｙ＝０．０３０５０＊ａ＋０．５０３０＊ｂ＋０．２０２００＊ｃ、Ｚ＝１．７５９５０＊ａ＋０．１５８２＊ｂ＋０．００００２９＊ｃとして求まる。そして、これら３刺激値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の比を色度ｘ、ｙとして数値化する。本実施形態では、ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）、ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）として数値化する。そして、これら色度（ｘ、ｙ）が、図７に示すような色度図（同図は、赤の領域にＲ、緑の領域にＧ、青の領域にＢを付して表している）における白（例えば、ｘ＝０．３３、ｙ＝０．３３）になるようにＲＧＢ比率を調整する。本実施形態では、ＲＧＢ比率を３．４：２．７：１．０とするとホワイトバランスがとれる白となる。

上記のように温度が２５℃から５０℃に変化した場合でもホワイトバランスを維持するために、光源レーザ出力を、赤色成分（Ｒ）レーザ光でＰｍＷから１．２１ＰｍＷへ増加させ、緑色成分（Ｇ）レーザ光で０．７６ＰｍＷから０．７２ＰｍＷへ減少させ、青色成分（Ｂ）レーザ光で０．５５ＰｍＷから０．５６ＰｍＷへ増加させる制御を各レーザ光源２ａ〜２ｃに対してレーザ制御部１０が行う。

このようなレーザ制御部１０による各レーザ光源２ａ〜２ｃの出力制御は、検出器１２で検出された各色成分の光量に応じてなされ、レーザ制御部１０は、検出された光量が大きいときにはレーザ光源の出力を減少させ、検出された光量が小さいときにはレーザ光源の出力を増加させる制御を行なう。分岐器１３（誘電多層膜１５）は、ホワイトバランスをとるために波長変動に対応した出力の増減制御において、レーザ制御部１０が行なう出力の増減特性とは逆の反射特性を有しているので、変動した波長においてホワイトバランスがとれる出力に制御されるように、対応する光量の光を反射して検出器１２へ入射させる。

図４に示した例では、温度が２５℃から５０℃に変化した場合、青色成分（Ｂ）レーザ光は波長が４５０ｎｍから４５２ｎｍ、緑色成分（Ｇ）レーザ光は波長が５１５ｎｍから５１７ｎｍ、赤色成分（Ｒ）レーザ光は波長が６３８ｎｍから６４３ｎｍへそれぞれ変化するが、これら波長の変動に対して、誘電多層膜１５は図５に示すような反射特性を呈するので、反射光の検出光量に基づいた上記レーザ制御部１０による出力制御が適正になされて、ホワイトバランスが維持される。

すなわち、図５（ａ）に示すように、波長が４５０ｎｍから４５２ｎｍへ変動した青色成分（Ｂ）レーザ光に対して、誘電多層膜１５は反射率が１０パーセントから９．７パーセントに低下するため、この反射光の検出器１２による検出光量は低下して、レーザ制御部１０により青色成分（Ｂ）レーザ光源２ａの出力は０．５５ＰｍＷから０．５６ＰｍＷに増加される。

また、同図（ｂ）に示すように、波長が５１５ｎｍから５１７ｎｍへ変動した緑色成分（Ｇ）レーザ光に対して、誘電多層膜１５は反射率が４パーセントから４．２パーセントに増加するため、この反射光の検出器１２による検出光量は増加して、レーザ制御部１０により緑色成分（Ｇ）レーザ光源２ｂの出力は０．７６ＰｍＷから０．７２ＰｍＷに減少される。

また、同図（ｃ）に示すように、波長が６３８ｎｍから６４３ｎｍへ変動した赤色成分（Ｒ）レーザ光に対して、誘電多層膜１５は反射率が２パーセントから１．７パーセントに減少するため、この反射光の検出器１２による検出光量は減少して、レーザ制御部１０により赤色成分（Ｒ）レーザ光源２ｃの出力はＰｍＷから１．２１ＰｍＷに増加される。したがって、これらＲ、Ｇ、Ｂの合成光は、温度５０℃においてもホワイトバランスが維持される。

本実施形態では、上記のように、合成光のホワイトバランスを維持するために各色成分レーザ光の波長変化に対して各色成分レーザ光の出力を増減させる際のレーザ光の出力の増減特性とは逆の増減特性をもった反射率を有する分岐器１３を設けることによって、レーザ光の波長変化が生じた場合でも、分岐器１３により分岐され検出部１２により検出された各色成分レーザ光の光量に応じてレーザ光源２ａ〜２ｃの出力を制御して、ホワイトバランスを維持することができる。

また、本実施形態では、上記のように、レーザ制御部１０を、検出器１２により検出された分岐された各色成分レーザ光の光量に応じて、検出光量が増加した色成分のレーザ光源２ａ〜２ｃの出力を減少させて、検出光量が減少した色成分のレーザ光源２ａ〜２ｃの出力を増加させるように構成する。これにより、検出光量の変化を打ち消す方向にレーザ光源２ａ〜２ｃの出力を調整することによって、ホワイトバランスを容易に維持することができる。

また、本実施形態では、上記のように、レーザ制御部１０を、温度上昇に起因してレーザ光源部から出力される各色成分レーザ光の波長が大きくなった場合に、青色成分レーザ光を出力するレーザ光源２ａと、赤色成分レーザ光を出力するレーザ光源２ｃとの出力を増加させるととともに、緑色成分レーザ光を出力するレーザ光源２ｂの出力を減少させるように構成する。これにより、温度上昇に起因してレーザ光源２ａ〜２ｃから出力される各色成分レーザ光の波長が大きくなった場合でも、レーザ光源２ａおよびレーザ光源２ｃの出力を増加させ、レーザ光源２ｂの出力を減少させることにより、ホワイトバランスを容易に維持することができる。

また、本実施形態では、上記のように、分岐器１３を、レーザ光の波長の変化に応じて、反射率が変化するように構成する。これにより、レーザ光の波長の変化を、分岐器１３により分岐された各色成分レーザ光の光量の変化により容易に検出することができる。

また、本実施形態では、上記のように、分岐器１３を、青色成分レーザ光および赤色成分レーザ光の波長が大きくなった場合に反射率が減少し、緑色成分レーザ光の波長が大きくなった場合に反射率が増加するように構成する。これにより、青色成分、赤色成分および緑色成分のレーザ光の波長の変化を容易に検出して、制御部により青色成分、赤色成分および緑色成分のレーザ光源部の出力を調整することによって、ホワイトバランスを容易に維持することができる。

また、本実施形態では、上記のように、分岐器１３を、青色成分レーザ光の反射率が最も高く、赤色成分レーザ光の反射率が最も低く、緑色成分レーザ光の反射率が青色成分および赤色成分の間の反射率になるように構成する。これにより、波長が短く検出感度が低い青色成分レーザ光の検出器１２に入る光量が大きくなり、波長が長く検出感度が高い赤色成分レーザ光の検出器１２に入る光量が小さくなるので、検出器１２のレーザ光の検出感度の範囲を大きくすることなく、赤色成分、緑色成分および青色成分のレーザ光を確実に検出することができる。

また、本実施形態では、上記のように、分岐器１３を、レーザ光の出力の増減特性とは逆の増減特性をもった反射率を有する誘電多層膜１５を形成したプリズム１４を含むように構成する。これにより、誘電多層膜１５により、合成光の所定の色状態を維持するために各色成分レーザ光の波長変化に対して各色成分レーザ光の出力を増減させる際のレーザ光の出力の増減特性とは逆の増減特性をもった反射率を有する分岐器１３を容易に提供することができる。また、誘電多層膜１５を形成したプリズム１４を含むことにより、分岐器１３を光の分岐などの機能と兼用することもできる。

また、本実施形態では、上記のように、分岐器１３を、合成光の光路に設け、レーザ制御部１０を、合成光による画像表示中にいずれか１つの色成分のレーザ光源２ａ〜２ｃからレーザ光を出力させるとともに、検出器１２により検出された分岐された１つの色成分のレーザ光の光量に応じてレーザ光源２ａ〜２ｃの出力を制御するように構成する。これにより、分岐器１３や検出器１２を各色成分について共用することができるので、部品点数を減少させることができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、本発明をレーザプロジェクタに適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、レーザプロジェクタ以外の画像表示装置に本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、所定の色状態としてホワイトバランスがとれる状態に本発明を適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、所定の色状態は、設計やユーザの好みなどに応じて種々設定することができるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、分岐器が、誘電多層膜を形成したプリズムからなる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、誘電多層膜以外の分岐器を用いてもよい。

また、上記実施形態では、分岐器が、合成光の光路に設けられている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、各色成分のレーザ光源部に対してそれぞれ分岐器を設けて、各色成分のレーザ光の光量をそれぞれ検出するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、レーザ光源部が、赤色成分レーザ光源、緑色成分レーザ光源、および、青色成分レーザ光源を含む構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、異なる複数の色成分を含んでいれば、他の色の組み合せのレーザ光源を含むようにレーザ光源部を構成してもよい。

１：レーザプロジェクタ（画像表示装置）
２ａ：レーザ光源（レーザ光源部、青色レーザ光源）
２ｂ：レーザ光源（レーザ光源部、緑色レーザ光源）
２ｃ：レーザ光源（レーザ光源部、赤色レーザ光源）
３、４：ダイクロイックミラー（合成光生成部）
６：走査ミラー（走査部）
１０：レーザ制御部（制御部）
１２：検出器（検出部）
１３：分岐器
１４：プリズム
１５：誘電多層膜

Claims (10)

1. 異なる複数の色成分のレーザ光をそれぞれ出力する複数のレーザ光源部と、
   前記複数の色成分のレーザ光を合成して合成光とする合成光生成部と、
   前記レーザ光源部の出力を制御する制御部と、
   各色成分レーザ光を分岐する分岐器と、
   前記分岐器により分岐された前記各色成分レーザ光の光量を検出する検出部とを備え、
   前記分岐器は、前記合成光の所定の色状態を維持するために前記各色成分レーザ光の波長変化に対して前記各色成分レーザ光の出力を増減させる際のレーザ光の出力の増減特性とは逆の増減特性をもった反射率または透過率を有しており、
   前記制御部は、前記検出部により検出された前記分岐された前記各色成分レーザ光の光量に応じて前記レーザ光源部の出力を制御するように構成されている、画像表示装置。
2. 前記制御部は、前記検出部により検出された前記分岐された前記各色成分レーザ光の光量に応じて、検出光量が増加した色成分の前記レーザ光源部の出力を減少させて、検出光量が減少した色成分の前記レーザ光源部の出力を増加させるように構成されている、請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記制御部は、温度上昇に起因して前記レーザ光源部から出力される前記各色成分レーザ光の波長が大きくなった場合に、青色成分レーザ光を出力する青色レーザ光源と、赤色成分レーザ光を出力する赤色レーザ光源との出力を増加させるととともに、緑色成分レーザ光を出力する緑色レーザ光源の出力を減少させるように構成されている、請求項１または２に記載の画像表示装置。
4. 前記分岐器は、前記レーザ光の波長の変化に応じて、反射率または透過率が変化するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
5. 前記分岐器は、青色成分のレーザ光および赤色成分のレーザ光の波長が大きくなった場合に反射率または透過率が減少し、緑色成分のレーザ光の波長が大きくなった場合に反射率または透過率が増加するように構成されている、請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記分岐器は、青色成分レーザ光の反射率または透過率が最も高く、赤色成分レーザ光の反射率または透過率が最も低く、緑色成分レーザ光の反射率または透過率が青色成分および赤色成分の間の反射率または透過率になるように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
7. 前記所定の色状態は、前記合成光のホワイトバランスがとれる状態である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
8. 前記分岐器は、レーザ光の出力の増減特性とは逆の増減特性をもった反射率または透過率を有する誘電多層膜を形成したプリズムを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
9. 前記分岐器は、前記合成光の光路に設けられ、
   前記制御部は、合成光による画像表示中にいずれか１つの色成分の前記レーザ光源部からレーザ光を出力させるとともに、前記検出部により検出された分岐された１つの色成分のレーザ光の光量に応じて前記レーザ光源部の出力を制御するように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像表示装置。
10. 複数の色成分のレーザ光を合成した合成光を所定の色状態に維持するために各色成分レーザ光の波長変化に対して前記各色成分レーザ光の出力を増減させる際のレーザ光の出力の増減特性とは逆の増減特性をもった反射率または透過率を有し、
    レーザ光の光量を検出する検出部と、異なる複数の色成分のレーザ光をそれぞれ出力する複数の前記レーザ光源部の出力を前記検出部の検出結果に応じて制御する制御部とを備える画像表示装置に設けられ、各色成分レーザ光を分岐して前記検出部に導く分岐器を含む、光学部品。

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